波谱分析绪论PPT课件

1、 有机化合物的结构表征(即测定) 从分子水平认识物质的基本手段，是有机化学的重要组成部分。过去，主要依靠化学方法进行有机化合物的结构测定, 其缺点是：费时、费力、费钱，需要的样品量大。例如：鸦片中吗啡碱结构的测定，从1805年开始研究，直至1952年才完全阐明，历时147年。第1页/共26页 而现在的结构测定，则采用现代仪器分析法，其优点是：省时、省力、省钱、快速、准确，样品消耗量是微克级的，甚至更少。它不仅可以研究分子的结构，而且还能探索到分子间各种集聚态的结构构型和构象的状况，对人类所面临的生命科学、材料科学的发展，是极其重要的。HOOHNCH3吗吗 啡啡 碱碱O第2页/共26页1.4 现

2、代分析化学的内容及本门课程主要学习内容 （1）分离分析：色谱，膜技术 （2）结构分析：主要是各种光谱法 （3）表面及状态分析：x射线光谱、光电子能谱法等 第3页/共26页第4页/共26页第5页/共26页 紫外光谱(ultraviolet spectroscopy 缩写为UV) 红外光谱(infrared spectroscopy 缩写为IR) 核磁共振谱(nuclear magnetic resonance 缩写为NMR) 质谱(mass spectroscopy 缩写为MS).第6页/共26页1.5 波谱分析引论1.光的本质 光是一种电磁波，具有波粒二相性。波动性：可用波长( )、频率(v

3、)和波数( )来描述。v第7页/共26页 按量子力学，其关系为： 微粒性：可用光量子的能量来描述： hcEhvcvcv式中：c 为光速，其量值 = 31010cm.s-1 为频率，单位为 Hz 为波长 (cm)， 也用nm作单位 (1nm=10-7 cm)1cm长度中波的数目，单位cm-1v_式中： E为光量子能量，单位为 Jh 为Planck 常数，其量值为6.6310-34J s-1第8页/共26页 该式表明：分子吸收电磁波，从低能级跃迁到高能级，其吸收光的频率与吸收能量的关系。由此可见，与E，v 成反比，即 ，v(每秒的振动次数)，E。2.分子运动形式及对应的光谱范围 在分子光谱中，根据

4、电磁波的波长 ( )划分为几个不同的区域，如下图所示： 第9页/共26页第10页/共26页 波长从大到小：（能量由小到大） 无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线、伦琴射线、伽马射线 吸收光谱：当物质吸收的电磁辐射能等于两个能级间跃迁所需要的能量时，将产生吸收光谱。 发射光谱：采用热能、光能和化学能等能量使物质激发，当通过辐射跃迁（发光）回至低能态或基态是产生发射光谱。 原子光谱：原子外层价电子在受到辐射作用后在不同能级间的跃迁吸收或发射光量子时产生的光谱，每条谱线代表一种跃迁。 分子光谱：通过分子内部运动，化合物吸收或发射光量子时产生的光谱称为分子光谱。第11页/共26页3.分子的总

5、能量由以下几种能量组成：E总=Ee+Ev+Er电子能振动能转动能紫外光谱可见光谱红外光谱所需能量较低，波长较长微波波谱电子自旋第12页/共26页4.“四谱”的产生 带电物质粒子的质量谱（MS） 电子：电子能级跃迁（UV） 分子 原子 核自旋能级的跃迁（NMR） 振动能级（IR）第13页/共26页紫外可见光谱 利用溶液中分子对紫外光和可见光的吸收，引起分子电子能级从基态到激发态的跃迁，产生紫外可见光谱。根据最大波长可进行化合物的结构分析，根据最大吸收波长强度变化可进行定量分析。 双波长光谱、多波长光谱和导数光谱的应用，提高了分析的灵敏度和选择性，可用于多组分等复杂体系的分析。第14页/共26页红

6、外光谱 利用物质的分子对红外辐射的吸收，并由其振动或转动运动引起偶极距的净变化，产生分子振动和转动能级从基态到激发态的跃迁，得到分子振动能级和转动能级变化产生的振转光谱，又称为红外光谱。红外光谱是定性鉴定化合物及其结构的重要方法之一。 红外光谱普遍采用傅立叶变换技术，提高了仪器的灵敏度和分辨率，实现了对微量样品的分析。特别是一些联用技术的进展，实现了对混合样品的分析。第15页/共26页红外拉曼光谱仪第16页/共26页核磁共振波谱 在外磁场中，具有核磁矩的原子核与磁场相互作用而裂分为能量不同的核磁能级，吸收射频能量，产生核自旋能级的跃迁，产生核磁共振波谱。 斯坦福大学的布洛赫和玻赛尔（哈佛）首先

7、发现核磁共振现象，获得1952年诺贝尔物理学奖。其在有机化合物的结构鉴定，特别是天然产物结构的阐明中起着极为重要的作用。 现今利用1HNMR和13CNMR的化学位移和裂分常数以及2DNMR等来获取有机物的结构信息已是常规分析方法。第17页/共26页500兆液体核磁共振仪300兆固体核磁共振仪第18页/共26页有机质谱 是一种物理分析方法，样品分子在离子源中发生电离，产生不同质荷比的离子，经电场加速后，进入质量分析器，在质量分析器中将不同质荷比的离子加以分离和聚焦后进行记录，从所得的质谱图中推断有机化合物结构的方法。 质谱法虽不属于波谱范围，但却是结构分析非常重要的分析方法。是目前唯一可以提供分

8、子量信息和确定分子式的分析方法。 近20年来，质谱技术随着新颖的电离技术，质量分析技术与各种分离手段的联用以及二维分析技术的发展，已成为最为广泛的分析手段。第19页/共26页气质联用仪 第20页/共26页1.6 光吸收的基本定律朗伯比尔定律 成立的前提：（1）入射光为单色光； （2）吸收发生在均匀介质中； （3）在吸收过程中，吸收物质相互不发生作用。 偏离线性的原因 物理因素；化学因素 第21页/共26页1.7 有机光波谱图的基本构成三要素 谱峰的位置：定性指标，能量 谱峰的强度：定量指标，跃迁概率 谱峰的形状 第22页/共26页1.8.1.8.不饱和度（unsaturated numberu

9、nsaturated number） （index of hydrogen deficiencyindex of hydrogen deficiency） 根据分子式计算不饱和度，其经验公式为： = 1 + n4 + 1 / 2（n3 n1） 式中：代表不饱和度；n1、n3、n4分别代表分 子中一价、三价和四价原子的数目。 双键和饱和环状结构的为1、三键为2、苯环为4。第23页/共26页参 考 书 张华，现代有机波谱分析，化工出版社，2006年（具有配套联系册）唐恢同，有机化合物的光谱鉴定，北京大学出版社，1992年 孟令芝，何永炳，有机波谱分析，武汉大学出版社，1997年 陈洁，宋启泽，有机波谱分析，北京理工大学出版社，1996年 于世林等，波谱分析法，重庆大学出版社，2002年 第24页/共26页 王剑波等，有机化学中的光谱方法，北京大学出版社，2001年 陆维敏，谱学基础，高教出版社，2005年 L. M. Harwood, et al., “Introduction to Organic Spectroscopy”, Oxford University Press, 1997 D.H. Williams, et.al., “Spectroscopic Methods in Organic Chemistry”, 5th ed., Mc